JP4064856B2 - Scanning probe microscope - Google Patents

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【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば、走査型近接場顕微鏡等のカンチレバーと被測定物とを相対的に移動させて被測定物の表面形状又は物性を測定する走査型プローブ顕微鏡に関する。
【0002】
【従来の技術】
周知のように、電子材料、生体サンプル、半導体デバイス等の試料を微小領域にて測定し、試料の表面形状の観察、局所特性の測定等を行うための装置は、現在様々なものが知られている。その一つとして、先端に微小な探針を有するカンチレバーを利用することで、試料表面の凹凸形状や、物性を高分解能で測定することができる走査型プローブ顕微鏡(SPM:Scanning Prove Microscope)が知られている(例えば、非特許文献1参照)。
【0003】
この走査型プローブ顕微鏡は、円筒型の圧電素子により構成された3軸微動機構上に試料ホルダを設け、試料ホルダ上に試料を搭載している。また、試料の上方には、カンチレバーホルダに固定された、先端に探針を有するカンチレバーが配置されている。この探針を試料表面に近づけた場合には、探針と試料間に働く原子間力により、カンチレバーに撓みが生じる。この原子間力の大きさは、試料と探針間との距離に依存しており、探針が試料に近づくに従って、指数関数曲線に乗って増加するものである。従って、試料と探針との間の距離を一定(即ち、カンチレバーの撓み量が一定)になるように、微動機構により試料と探針との間の距離を制御すると共に、試料を微動機構により二元的平面内で走査することにより、試料表面の凹凸像を得ることが可能である。
更に、カンチレバーホルダに圧電素子などの加振機構を設け、加振機構によりカンチレバーを共振周波数近傍で振動させながら、試料に近接させて、カンチレバーとサンプル表面との間に働く原子間力や、間欠的な接触力によるカンチレバーの振幅や位相の変化を検出し、これらのパラメータを用いて試料と探針との間の距離制御を行う場合もある。
【0004】
また、この走査型プローブ顕微鏡では、カンチレバーの変位量を測定するための方法として、光てこ方式の光学式変位検出機構による方法が採用されている。この光てこ方式の変位検出機構は、カンチレバーの微小な変位を高感度で測定することが可能であると共に最も一般的に用いられている変位検出機構である。即ち、この光てこ方式の変位検出機構は、半導体レーザを用いた光源からのレーザ光をビームスプリッタにより反射させて、カンチレバーの背面に照射させる。そして、カンチレバーの背面で反射した反射光の強度をポジションセンシティブディティクタ(PSD)と呼ばれる光検出器で検出する。なおPSDは、通常受光面を4分割した半導体光検出器が用いられている。
【0005】
上記光てこ方式の変位検出機構を用いたカンチレバーの変位量測定では、まず半導体レーザを動かして、レーザスポットがカンチレバーの背面に当たるように半導体レーザの位置決めをする。次に、カンチレバー背面での反射率が、PSDの中心に当たるようにPSDを動かして位置決めする。
次いで、カンチレバーを走査して試料を測定する際、カンチレバーに撓みが生じるとスポットがPSD上で移動する。即ち、4分割された検出器上をスポットが移動する。これにより、スポットの移動方向に対応したディティクタの各領域の差分の出力から、カンチレバーの撓み量を検出することが可能である。また、カンチレバーのねじれ量についても、ディティクタの各領域の差分の出力から測定することが可能であり、更に、カンチレバーのねじれ方向に試料を移動した際の摩擦力の測定も可能になる。
【0006】
また、変位検出機構の上方には、対物レンズが配置されている。この対物レンズは、試料表面の観察や、変位検出機構のレーザスポットをカンチレバーの背面に位置合わせするときのスポット観察用に用いられる。つまり、光てこ方式の変位検出機構では、試料の上方から対物レンズで観察することが必須とされている。即ち、対物レンズの光路を確保するように変位検出機構を配置する必要がある。そのために、半導体レーザをカンチレバーに対して斜め方向から照射して、対物レンズの上方に空間を設けることにより、対物レンズの光路を確保する方式が考えられるが、この方式では、スポットの大きさが変わってしまうので光軸合わせが困難である。
【0007】
そこで通常は、この走査型プローブ顕微鏡が採用しているように、レーザからの光を一旦水平に飛ばし、カンチレバーの真上に配置されたミラーで90°曲げて真上から光を照射する方式が用いられる。この際、レーザをミラーに対して上下左右方向に動かすことにより、スポットの位置決めを行うことができる。また、ミラーは、通常透過率と反射率とがそれぞれ50%程度のビームスプリッタが用いられている。これにより、ミラーは、レーザ光の約50%を反射してカンチレバーに照射する共に、上方からの落射照明のうちビームスプリッタを透過する約50%の照明光により、試料表面の観察やカンチレバーとレーザスポットの位置決めを行っている。
【0008】
【非特許文献1】
安武正敏著,「BASIC RESEARCH OF THE ATOMIC FORCE MICROSCOPE FOR INDUSTRIAL USE」,東京工業大学博士論文,October 1996,P18-74
【0009】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記非特許文献1記載の走査型プローブ顕微鏡では、ミラーの透過率及び反射率が50%のビームスプリッタであるので、上述したように、対物レンズと試料との間にビームスプリッタを配置した場合、試料表面の観察を行う照明光が50%しか透過しない。即ち、試料の観察に必要な観察光が効率よく集光できず、S/N比が低下してしまうといった不都合があった。
【0010】
この発明は、このような事情を考慮してなされたもので、その目的は、S/N比を向上させて、より正確に被測定物の表面形状や物性を測定することができる走査型プローブ顕微鏡を提供することである。
【0011】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために、この発明は以下の手段を提供している。
本発明の走査型プローブ顕微鏡は、先端に探針を有するカンチレバーを被測定物の表面に近接又は接触させた状態で、カンチレバーと被測定物とを相対的に移動させて被測定物の表面形状又は物性を測定する走査型プローブ顕微鏡であって、前記カンチレバーの先端に対向する前記被測定物の測定領域から放射される観察光を集光し受光する観察光受光機構と、前記カンチレバーに前記観察光と異なる波長の検出光を照射してカンチレバーで反射した検出光を測定し、カンチレバーの変位を検出する変位検出機構とを備え、前記検出光の光路と前記観察光の光路とが、少なくとも一部で共通光路を透過するように設定され、前記共通光路上に、前記観察光の透過率が前記検出光よりも高い光学特性を有した光学フィルタが配設されていることを特徴とする。
【0012】
この発明に係る走査型プローブ顕微鏡においては、共通光路上に、観察光の透過率が検出光よりも高い光学特性を有した光学フィルタが配設されているので、光学フィルタを透過する際、検出光よりもより多くの観察光が透過して観察光の伝達効率が向上する。従って、観察受光機構において、高効率な観察光の受光によりS/N比を向上させることができ、より正確に被測定物の表面形状や物性を測定させることができる。
【0013】
本発明の走査型プローブ顕微鏡は、上記本発明の走査型プローブ顕微鏡において、前記観察光受光機構が、前記観察光を集光する対物レンズを備え、前記変位検出機構が、前記検出光を前記対物レンズを通して前記照射を行うように設定され、前記光学フィルタが、前記被測定物に対して前記対物レンズの後方の前記共通光路上に配されていることを特徴とする。
この発明に係る走査型プローブ顕微鏡においては、光学フィルタが、対物レンズの後方に配されると共に、変位検出機構が、検出光を対物レンズを通して照射可能であるので、対物レンズと被測定物との距離が短くなる。即ち、対物レンズの作動距離(WD)が短くなる。従って、開口数(NA)の大きい対物レンズを使用でき、S/N比を向上させることができる。
【0014】
本発明の走査型プローブ顕微鏡は、上記本発明に記載の走査型プローブ顕微鏡において、前記光学フィルタが、ビームスプリッタであり、前記検出光の光路と前記観察光の光路とが、前記ビームスプリッタで分岐されていることを特徴とする。
この発明に係る走査型プローブ顕微鏡においては、検出光の光路と観察光の光路とが、例えば、誘電体ビームスプリッタ等のビームスプリッタで分岐されるので、変位検出機構と観察光受光機構とを別々の位置に離して配置可能であり、配置自由度が向上する。従って、装置をコンパクトに構成することができる。
【0015】
本発明の走査型プローブ顕微鏡は、上記本発明の走査型プローブ顕微鏡において、前記ビームスプリッタが、前記カンチレバーの真上に配され、前記検出光が、前記カンチレバーの真上から照射されることを特徴とする。
この発明に係る走査型プローブ顕微鏡においては、検出光をカンチレバーの真上から照射可能であるので、変位検出機構を位置決めする際、検出光のスポットの大きさを変えずに光軸合わせをすることが容易となる。
【0016】
本発明の走査型プローブ顕微鏡は、上記本発明のいずれかに記載の走査型プローブ顕微鏡において、前記変位検出機構が、前記カンチレバーから反射された前記検出光の光路上に配され、前記検出光を透過させると共に前記観察光をカットする波長フィルタを備えていることを特徴とする。
この発明に係る走査型プローブ顕微鏡においては、変位検出機構が波長フィルタを備えているので、該波長フィルタによってカンチレバーからの光に含まれる観察光がカットされ、検出光の受光精度が高くなりカンチレバーの変位をより高精度で検出することができる。
【0017】
本発明の走査型プローブ顕微鏡は、上記本発明のいずれかに記載の走査型プローブ顕微鏡において、前記被測定物にエバネッセント光を発生させるエバネッセント光発生手段を備えていることを特徴とする。
この発明に係る走査型プローブ顕微鏡においては、被測定物にエバネッセント光を発生させるエバネッセント光発生手段を備えているので、エバネッセント光と被測定物との相互作用により発生した観察光を、観察光受光機構により集光し受光することが可能になる。従って、回折限界を超えた高分解能でS/N比を向上させつつ、被測定物の測定を行うことできる。
【0018】
本発明の走査型プローブ顕微鏡は、上記本発明の走査型プローブ顕微鏡において、前記エバネッセント光発生手段が、前記探針の先端部に形成された直径100nm以下の開口部と、前記開口部内に照射光を照射して開口部近傍にエバネッセント光を発生させ、前記測定領域にエバネッセント光を照射するエバネッセント光照射機構とを備え、前記測定領域で生じた観察光を前記開口部で集光して前記光学フィルタへ入射させることを特徴とする。
この発明に係る走査型プローブ顕微鏡においては、被測定物表面に近接又は接触させた状態の探針開口部から、エバネッセント光と被測定物との相互作用によって発生した観察光の集光を行えると共に、被測定物に対して効率よくエバネッセント光を照射可能である。従って、観察光の集光率が増加し、S/N比をより向上させることができる。
【0019】
本発明の走査型プローブ顕微鏡は、上記本発明の走査型プローブ顕微鏡において、前記カンチレバーの少なくとも先端部が、前記観察光を透過可能な材料で形成され、前記観察光受光機構が、前記カンチレバーの先端部を透過した前記観察光を受光することを特徴とする。
この発明に係る走査型プローブ顕微鏡においては、カンチレバーの少なくとも先端部が、観察光を透過可能な材料で形成されているので、カンチレバー先端の開口加工等を施す必要がない。また、先端形状の設定により観察光を効率的に集光することが可能となる。
【0020】
本発明の走査型プローブ顕微鏡は、上記本発明の走査型プローブ顕微鏡において、前記被測定物表面に発生した前記エバネッセント光を前記カンチレバー先端で散乱させ、前記観察光受光機構が、前記カンチレバー先端での散乱光を受光することを特徴とする。
この発明に係る走査型プローブ顕微鏡においては、カンチレバー先端に電場増強効果のある金属薄膜などを蒸着することにより、より強い観察光を集光することが可能となる。
【0021】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る第1の実施形態について、図1から図3を参照して説明する。
本実施形態の走査型プローブ顕微鏡は、図1に示すように、回折限界を超える高分解能でサンプルS表面の測定が可能な近接場顕微鏡を組み合わせた走査型近接場顕微鏡(SNOM;Scanning Near Field Optical Microscope)1であって、蛍光染色された生体細胞等のサンプル(被測定物)Sの表面に対して先端に探針11を有するカンチレバー10を近接させた状態で、カンチレバー10とサンプルSとを相対的に移動させてサンプルSの表面形状又は物性を測定するものである。
【0022】
この走査型近接場顕微鏡1は、カンチレバー10に例えば、波長785nmの検出光L1を照射してカンチレバー10で反射した検出光L1を測定し、カンチレバー10の変位を検出する変位検出機構20と、カンチレバー10の先端に対向するサンプルSの測定領域に、例えば、波長488nmの励起光L2を照射すると共に、ピーク波長530nmの蛍光を含んだ観察光L3を集光し受光する対物レンズ31を有している観察光受光機構30と、サンプルSにエバネッセント光を発生させるエバネッセント光発生手段40とを備えている。
【0023】
上記観察光受光機構30は、観察光L3の透過率が検出光L1よりも高い光学特性を有した誘電体ビームスプリッタ(光学フィルタ)32を備えている。該誘電体ビームスプリッタ32は、検出光L1の光路と観察光L3の光路とが、少なくとも一部で共通光路を透過する位置に配設されている。即ち、誘電体ビームスプリッタ32は、サンプルSと対物レンズ31との間の共通光路上であって、カンチレバー10の真上に位置するように配設されている。この誘電体ビームスプリッタ32は、図2に示すように、45°直角プリズムの斜面に誘電体多層膜32aを蒸着して接着し、周囲に反射防止膜を蒸着して形成されている。また、誘電体多層膜32aは、特定の波長を高効率で透過可能にするフィルタ機能を有している。本実施形態の誘電体多層膜32aは、450nmから650nmの範囲の波長に対しては透過率が90%以上であり、785nmの波長に対しては反射率及び透過率の割合が50%である。これにより、誘電体ビームスプリッタ32は、観察光L3を検出光L1よりも高効率で透過可能であると共に、検出光L1の光路と観察光L3の光路とを分岐している。
【0024】
また、図1に示すように、誘電体ビームスプリッタ32に対して対物レンズ31の後方側には、観察光受光機構30として、ダイクロイックミラー36、吸収フィルタ33、結像レンズ34及び光検出器35が配設されている。ダイクロイックミラー36及び吸収フィルタ33は、誘電体ビームスプリッタ32を透過して対物レンズ31で集光された観察光L3のうち、励起光L2をカットして蛍光を結像レンズ34に入射させる機能を有している。また、結像レンズ34の後方側には、全反射ミラー37が抜き差し可能に配置されている。この全反射ミラー37を光路上に挿入した場合には、光路上の光が曲げられて、CCDカメラ38に入射し、光学像の観察が可能となる。この際、誘電体ビームスプリッタ32は、検出光L1の波長に対して、50%の透過率を持つため、サンプルSで反射した検出光L1の一部は誘電体ビームスプリッタ32を透過し、対物レンズ31で集光されて、CCDカメラ38で観察可能である。これにより、検出光L1とカンチレバー10との位置合せや、サンプルSと探針11との位置合せが可能となる。
【0025】
一方、蛍光を含んだ観察光L3は、結像レンズ34で結像された後、検出光L1をカットするフィルタであるショートパスフィルタ39を透過して、光検出器35に導入されるようになっている。本実施形態では、フィルタとして、波長650nm以上をカットし、波長650nm以下を透過させる特性を持つショートパスフィルタ39を用いた。なお、蛍光を検出する場合には、全反射ミラー37を光路上から退避させる。また、光検出器35は、受光面が数百μmと非常に小さいアバランシェフォトダイオードが用いられている。なお、この種の光検出器としては、他にもフォトマルや分光器等が使用される。
【0026】
上記変位検出機構20は、レーザ光の検出光L1を照射する半導体レーザ等の検出光発光部LDと、カンチレバー10で反射した検出光L1を受光して測定する検出光受光部PSDとを備えており、光てこ方式によりカンチレバー10の変位を検出するものである。検出光発光部LDは、誘電体ビームスプリッタ32に向けて水平に検出光L1を照射するように水平配置されている。これにより、検出光発光部LDから照射された検出光L1は、誘電体ビームスプリッタ32により反射されて下方に向きを変え、真上からカンチレバー10に照射可能とされている。また、検出光受光部PSDは、受光面を4分割した半導体光検出器であり、カンチレバー10で反射した検出光L1の強度を検出するものである。これにより、例えば、カンチレバー10が撓んで検出光L1のビームスポットが移動すると、4分割された検出器のうち、スポットの移動方向に対応した各ディテクタが、強度差等の差分を測定してカンチレバー10の変位量やねじれ量等を検出することが可能である。
【0027】
また、変位検出機構20は、カンチレバー10から反射された検出光L1の光路上に、検出光L1を透過させると共に観察光L3をカットする例えば、700nm波長のロングパスフィルタ(波長フィルタ)21を検出光受光部PSDの手前に有している。これにより、検出光受光部PSDには、観察光L3の混入が防止されて、カンチレバー10から反射された検出光L1を高効率で受光可能である。
【0028】
上記サンプルSは、サンプルホルダ51に載置して固定されおり、該サンプルホルダ51は、円筒型圧電素子(ピエゾ素子)である微動機構52上に配設されている。この微動機構52は、円周に沿って一様に電極が設けられ、サンプルSとカンチレバー10との間の距離制御を行うためのZ微動機構52aと、円周上を4分割した電極が設けられサンプルSを2次元平面内でXY方向に走査するためのXY微動機構52bとを有している。更に、この微動機構52は、サンプルSと探針11との位置決めをするためのXYステージ13を介して、粗動機構53上に配設されている。該粗動機構53は、例えばステッピングモータ等の駆動源による送りネジ方式により、サンプルSをカンチレバー10の探針11に近づける機能を有している。上述したZ微動機構52a、XY微動機構52b及び粗動機構53を駆動する各駆動源は、制御部55によって総合的に制御されている。
【0029】
また、カンチレバー10は、カンチレバーホルダ15に固定されており、該カンチレバーホルダ15には、カンチレバー10に微小振動を加える振動子15aが設けられている。このカンチレバーホルダ15は、変位検出機構20と共にカンチレバー10と対物レンズ31との光軸中心を合わせるためのXYステージ16を介してベース17に固定されている。このカンチレバー10は、図3に示すように、観察光L3を透過可能な酸化シリコン等の材料により形成されており、探針11の先端部を除いてアルミニウムがコーティングされている。また、カンチレバーの背面には、観察光L3の透過する部分を除き、検出光発光部LDから照射された検出光L1を反射するアルミニウムの反射面10aが設けられ、探針11の先端には、直径50nmの開口部10bが形成されている。このように構成されたカンチレバー10は、励起光L2及び観察光L3の導波路として機能する。
【0030】
更に、図1に示すように、例えば、488nmの波長の励起光(照射光)L2を照射する励起光光源(エバネッセント光照射機構)41は、観察光受光機構30に配置されている。また、励起光光源41は、ダイクロイックミラー36により光路を曲げられて、対物レンズ31によりカンチレバーの開口部10b と光学的にカップリングされており、開口部10bに対して励起光L2を照射可能とされている。即ち、励起光光源41は、開口部10b内に励起光L2を照射して該開口部10b近傍にエバネッセント光を発生させ、サンプルSの測定領域にエバネッセント光を照射する機能を有している。またエバネッセント光の照射により発生した観察光L3は、開口部10bで集光され、誘電体ビームスプリッタ32へ入射される。即ち、これら開口部10bを有するカンチレバー10及び励起光光源41は、上記エバネッセント光発生手段40を構成している。
【0031】
このように構成された走査型近接場顕微鏡1を用いて、サンプルSを測定する場合について説明する。
まず、対物レンズ31に設けられたフォーカシング用ステージ12により、サンプルSの表面に対物レンズ31の焦点を合わせる。次に、XYステージ16により対物レンズ31の光軸中心にカンチレバー10の探針11を位置決めする。そして、対物レンズ31で観察しながら、変位検出器機構20の位置決めを行う。即ち、検出光発光部LDを動かして検出光L1のレーザスポットが、カンチレバー10の反射面10aに当たるように位置決めを行う。検出光発光部LDが位置決めされた後、反射面10aで反射した検出光L1が検出光受光部PSDの中心に当たるようにPSDの位置決めを行う。更に、XYステージ13により探針11とサンプルSとの位置決めを行う。
【0032】
次に、探針11とサンプルSとの距離制御を行う。即ち、振動子15aによりカンチレバー10を共振周波数近傍で振動させながら、サンプルSに近接させたときの振幅の減衰量をモニタしながら粗動機構53を動作させる。
そして、サンプルSと探針11との間に原子間力が働く領域若しくは接触する領域までサンプルSを探針11に近接させた後、振幅が一定となるようにZ微動機構52aによりサンプルSと探針11との間の距離制御を行う。即ち、検出光発光部LDで照射された検出光L1は、誘電体ビームスプリッタ32で反射してカンチレバー10の反射面10aに当たる。そして、反射面10aで反射した検出光L1は、波長フィルタ21で不必要な光(例えば、後述する観察光)がカットされて検出光受光部PSDに入射する。このとき、カンチレバー10の変位に応じて検出光L1のレーザスポットが、検出光受光部PSDの4つの検出器上を移動する。この各検出器の差分を測定してZ微増機構52aをフィードバック制御することにより、距離制御が行える。
【0033】
上記距離制御を行った状態で、イルミネーションコレクションモードによりサンプルSの測定を行う。即ち、励起光光源41より励起光L2を照射して、カンチレバー10の開口部10bよりサンプルSに対してエバネッセント光を照射する。該エバネッセント光により発生したサンプルSの観察光L3を、再度開口部10bで集光する。この際、観察光L3は、励起光L2及び蛍光が含まれている。また、集光された観察光L3は、カンチレバー10内を通り誘電体ビームスプリッタ32に入射する。この際、誘電体ビームスプリッタ32は、波長に応じて異なる透過率に設定され、観察光L3を検出光L1よりも多く透過させる特性を有しているので、観察光L3が高効率で透過する。
【0034】
更に、誘電体ビームスプリッタ32を透過した観察光L3は、励起光L2成分の大部分が反射され、蛍光の大部分が透過するような特性をもつダイクロイックミラー36を透過し、さらに吸収フィルタ33により蛍光成分を選択的に透過させ、励起光L2がカットされて蛍光のみが結像レンズ34に入射する。この蛍光は、結像レンズ34で結像されて、光検出器35により検出される。これにより、サンプルSの光学的な物性が測定される。なお、前述したように、検出光L1の一部も観察光受光機構30に入射するが、この検出光L1は光検出器35の前に配置されているショートパスフィルタ39によりカットされる。
また、上記測定の際、XY微動機構52bを走査することにより、サンプルSの凹凸像等の表面観察も同時に測定可能である。
【0035】
本実施形態の走査型近接場顕微鏡1では、観察光L3の透過率が検出光L1よりも高い光学特性を有した誘電体ビームスプリッタ32を備えているので、サンプルSからの観察光L3を他の光に比べて高効率で透過させることができる。これにより、観察光L3の伝達効率があがりS/N比を向上させることができる。従って、より正確なサンプルSの表面形状や物性を測定することができる。
また、誘電体ビームスプリッタ32は、検出光L1の光路と観察光L3の光路とを分岐するので、変位検出機構20と観察光受光機構40とを別々の位置に離して配置可能であり配置自由度が向上するので、コンパクトに構成することができる。
【0036】
また、誘電体ビームスプリッタ32は、カンチレバー10の真上に配設されているので、変位検出機構20を位置決めする際、検出光L1のスポットの大きさを変化させずに光軸合わせをすることが容易である。
更に、検出光受光部PSDの前に波長フィルタ21が配設されているので、カンチレバー10からの光に含まれる観察光L3がカットされる。従って、検出光受光部PSDは、検出光L1に対する受光精度が高くなることからも、カンチレバー10の変位をより高精度で検出することができる。
【0037】
次に、本発明に係る第2の実施形態を、図4及び図5を参照して説明する。この実施形態においては、第1実施形態における構成要素と同一の部分については、同一の符号を付しその説明を省略する。
第2実施形態と第1実施形態との異なる点は、第1実施形態では、イルミネーションコレクションモードによりサンプルSを測定したのに対し、第2実施形態の走査型近接場顕微鏡100では、コレクションモードによりサンプルSを測定する点である。
【0038】
即ち、図4に示すように、エバネッセント光発生手段140は、例えば、1300nmの波長の励起光L2を照射する励起光光源141を備えており、該励起光光源141は、光ファイバー142を介して、サンプルSに励起光L2を導入可能とする位置に配設されている。
【0039】
また、本実施形態のサンプルSは、1300nmを通す光導波路が形成された光学デバイスであり、励起光L2を導入するために光ファイバー142がサンプルSに光学的にカップリングされている。また、誘電体ビームスプリッタ120の誘電体多層膜120aは、例えば、1300nmの波長に対しては透過率が90%以上、670nmの波長に対しては反射率及び透過率の割合が50%に設定されている。更に、検出光受光部PSDの前には、750nm波長のショートパスフィルタ(波長フィルタ)121が配設されている。更には、検出光発光部LDは、670nm波長の検出光L1を照射するように設定されている。
また、観察光受光機構130は、1300nmの光が集光可能な対物レンズ131、結像レンズ134、ビジコンカメラ138側に光を分岐するために抜き差し可能に配置された全反射ミラー137、検出光観察に用いられるビジコンカメラ138、観察光受光機構130に混入する検出光L1の成分を除去するために用いられ波長800nmに閾値をもつロングパスフィルタ139及び光強度を測定する光電子増倍管等の光検出器135から構成されている。
【0040】
本実施形態の走査型近接場顕微鏡100を用いてサンプルSの測定を行う場合、励起光光源141により、サンプルSに励起光L2を導入する。導入された励起光L2は、サンプルSの光導波路内部を伝播する。このとき、図5に示すように光導波路S1を有するサンプルS表面にエバネッセント光が発生する。このエバネッセント光成分を観察することにより、光導波路の評価を行うことができる。
このエバネッセント光は、サンプルSと探針11との相互作用により周囲に観察光L3として散乱する。また、観察光L3の一部は、探針11の開口部10bで集光され、その後、誘電体ビームスプリッタ120、結像レンズ134及びロングパスフィルタ139を通って光検出器135により検出される。この際、誘電体ビームスプリッタ120では、観察光L3が90%以上の透過率で透過され、光検出器35へ伝達される。
上述したように、本実施形態の走査型近接場顕微鏡100によれば、誘電体ビームスプリッタ120により、観察光L3を高効率で光検出器35に入射可能であるため、コレクションモードによりS/N比を向上させて、サンプルSの測定を行うことができる。
【0041】
次に、本発明に係る第3の実施形態を、図6及び図7を参照して説明する。この実施形態においては、第1実施形態および第2実施形態における構成要素と同一の部分については、同一の符号を付しその説明を省略する。
第3実施形態と第1実施形態との異なる点は、第1実施形態では、イルミネーションコレクションモードによりサンプルSを測定したのに対し、第3実施形態の走査型近接場顕微鏡200では、散乱モードによりサンプルSの近接場分光分析を行う点である。即ち、本実施形態のサンプルSは、高分子サンプルであり、励起光L2を照射した場合のラマン散乱光を観察光受光機構230で集光して分光分析を行い、高分子サンプルの構造分析を行うものである。
【0042】
本実施形態では、図6に示すように、エバネッセント光発生手段240は、例えば、488nmの波長の励起光L2を照射する励起光光源241を備えており、該励起光光源241は、サンプルSに対して斜め上方から励起光L2を照射可能とする位置に配設されている。
【0043】
また、誘電体ビームスプリッタ220の誘電体多層膜220aは、例えば、目的のラマン散乱光に対しては透過率が90%以上、785nmの波長に対しては反射率及び透過率の割合が50%に設定されている。なお、本実施形態では、450nmから650nmの範囲に対して透過率を90%以上確保できるようにした。更に、検出光受光部PSDの前には、700nm波長のロングパスフィルタ(波長フィルタ)221が配設されている。更には、検出光発光部LDは、785nm波長の検出光L1を照射するように設定されている。
【0044】
本実施形態の走査型近接場顕微鏡200を用いてサンプルSの測定を行う場合、励起光光源241により、サンプルSの表面に向けて斜め上方から励起光L2を照射する。照射された励起光L2により、図7に示すようにサンプルS表面にエバネッセント光が発生する。
また、カンチレバー210は、探針211がカンチレバー部210aよりも先端に突出した形状をしており、探針の先端部211aはカンチレバー部210aに遮ぎられることなく、対物レンズ31で観察可能である。
エバネッセント光は、サンプルSと探針先端部211aとの相互作用により周囲に観察光L3として散乱する。このとき、散乱効率を向上させる目的で、探針先端部211aには銀の薄膜を蒸着している。この観察光L3は、誘電体ビームスプリッタ220を通って、対物レンズ31で集光され、結像レンズ34を通って分光器235に導かれる。この際、誘電体ビームスプリッタ220では、観察光L3が90%以上の透過率で透過され、分光器235へ伝達される。なお、分光器235の前には、検出光L1をカットするためのノッチフィルタ239と励起光L2の光をカットするためのノッチフィルタ236とが挿入される。
上述したように、本実施形態の走査型近接場顕微鏡200によれば、誘電体ビームスプリッタ220により、観察光L3を高効率で分光器235に入射可能であるため、散乱モードによりS/N比を向上させて、サンプルSの測定を行うことができる。
【0045】
なお、本発明の技術範囲は、上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において、種々の変更を加えることが可能である。
【0046】
例えば、上記各実施形態では、光学フィルタとして誘電体ビームスプリッタ32、120、220を用いたが、これに限らず、観察光L3の波長の透過率が検出光L1よりも高い光学特性を有する光学フィルタであれば構わない。例えば、ビームスプリッタに金属膜を蒸着したものや、ゼラチンフィルタを蒸着したものや、色ガラスを用いたものでも構わない。また、基板としてビームスプリッタである必要もなく、例えば、平行平面基板を斜めに配置しても構わない。
【0047】
また、誘電体ビームスプリッタ32、120、220は、対物レンズ31、131とサンプルSとの間に配置した構成にしたが、観察光L3の光路と検出光L1の光路とが少なくとも一部で共通する共通光路上に配置されていれば構わない。
例えば、第1実施形態の他の例として、図8に示す走査型近接場顕微鏡300では、誘電体ビームスプリッタ32が、サンプルSに対して対物レンズ31の後方の共通光路上に配設されている。更に、誘電体ビームスプリッタ32の後方には、検出光発光部LDがサンプルSに向けて垂直に検出光L1を照射できるように、鉛直下向きに配置されている。
この走査型近接場顕微鏡300では、検出光発光部LDが、検出光L1を対物レンズ31を通して照射可能であるので、対物レンズ31とサンプルSとの距離が短くなる。即ち、対物レンズ31の作動距離(WD)が短くなる。従って、開口数(NA)の大きい対物レンズ31を使用することができ、S/N比を更に向上させることができる。
【0048】
また、上記各実施形態のカンチレバー10では、観察光L3を透過可能な材料で形成して観察光を透過させたが、これに限られず、例えば、カンチレバーの背面から探針先端に向かってFIBで微細な貫通孔を設けて導波路を確保する方式でも構わない。
また、カンチレバー10を酸化シリコンで形成しているが、その他シリコンナイトライド等の透過可能な材料で形成しても構わない。
更に、制御方法としてカンチレバーの振幅を検出する方式を用いたが、制御方法はこれに限定されず、例えばカンチレバーを振動させずに変位を検出する方法でもよい。
更に、走査型プローブ顕微鏡は、上述したようにエバネッセント光を利用してサンプルSを観察する走査型近接場顕微鏡に適用したが、他の観察光で観察する走査型プローブ顕微鏡でも構わない。例えば、顕微分光計等に適用しても良い。
【0049】
【発明の効果】
本発明の走査型プローブ顕微鏡においては、以下に示す効果を奏することができる。即ち、観察光の透過率が検出光よりも高い光学特性を有した光学フィルタが、共通光路上に配設されているので、観察光の伝達効率が向上する。従って、高効率な観察光の受光によりS/N比を向上させることができ、より正確に被測定物の表面形状や物性を測定させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1実施形態に係る走査型プローブ顕微鏡を示す構成図である。
【図2】図1に示す走査型プローブ顕微鏡の誘電体ビームスプリッタを示す斜視図である。
【図3】図1に示す走査型プローブ顕微鏡において、サンプルから観察光を集光している状態を示すサンプル及びカンチレバーの断面図である。
【図4】本発明の第2実施形態に係る走査型プローブ顕微鏡を示す構成図である。
【図5】図3に示す走査型プローブ顕微鏡において、サンプルから観察光を集光している状態を示すサンプル及びカンチレバーの断面図である。
【図6】本発明の第3実施形態に係る走査型プローブ顕微鏡を示す構成図である。
【図7】図6に示す走査型プローブ顕微鏡において、サンプルから観察光を集光している状態を示すサンプル及びカンチレバーの断面図である。
【図8】本発明の第1実施形態に係る走査型プローブ顕微鏡の他の例を示す構成図である。
【符号の説明】
L1 検出光
L2 励起光(照射光)
L3 観察光
S サンプル(被測定物)
1、100、200、300 走査型近接場顕微鏡(走査型プローブ顕微鏡)
10、210 カンチレバー
10b カンチレバーの開口部
11、211 探針
20 変位検出機構
21、221 ロングパスフィルタ(波長フィルタ)
30、130、230、330 観察光受光機構
31、131 対物レンズ
32、120、220 誘電体ビームスプリッタ(光学フィルタ)
40、140、240 エバネッセント光発生手段
41、141、241 励起光光源(エバネッセント光照射機構)
121 ショートパスフィルタ(波長フィルタ)
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a scanning probe microscope that measures a surface shape or physical properties of a measurement object by relatively moving a cantilever such as a scanning near-field microscope and the measurement object, for example.
[0002]
[Prior art]
As is well known, various devices are currently known for measuring specimens such as electronic materials, biological samples, semiconductor devices, etc. in a minute region, observing the surface shape of the specimen, measuring local characteristics, etc. ing. As one of them, a scanning probe microscope (SPM) that can measure the unevenness and physical properties of the sample surface with high resolution by using a cantilever with a minute probe at the tip is known. (See, for example, Non-Patent Document 1).
[0003]
In this scanning probe microscope, a sample holder is provided on a three-axis fine movement mechanism constituted by a cylindrical piezoelectric element, and a sample is mounted on the sample holder. Further, a cantilever having a probe at the tip, which is fixed to the cantilever holder, is disposed above the sample. When the probe is brought close to the sample surface, the cantilever bends due to the atomic force acting between the probe and the sample. The magnitude of this atomic force depends on the distance between the sample and the probe, and increases along the exponential curve as the probe approaches the sample. Accordingly, the distance between the sample and the probe is controlled by the fine movement mechanism so that the distance between the sample and the probe is constant (that is, the amount of bending of the cantilever is constant), and the sample is moved by the fine movement mechanism. By scanning in a dual plane, it is possible to obtain a concavo-convex image of the sample surface.
Furthermore, the cantilever holder is provided with an excitation mechanism such as a piezoelectric element, and the cantilever is vibrated in the vicinity of the resonance frequency by the excitation mechanism, while being close to the sample, the atomic force acting between the cantilever and the sample surface or intermittent In some cases, changes in the amplitude and phase of the cantilever due to a typical contact force are detected, and the distance between the sample and the probe is controlled using these parameters.
[0004]
In this scanning probe microscope, a method using an optical lever type optical displacement detection mechanism is adopted as a method for measuring the displacement amount of the cantilever. This optical lever type displacement detection mechanism can measure a minute displacement of a cantilever with high sensitivity and is the most commonly used displacement detection mechanism. That is, this optical lever type displacement detection mechanism reflects a laser beam from a light source using a semiconductor laser by a beam splitter and irradiates the back surface of the cantilever. Then, the intensity of the reflected light reflected from the back surface of the cantilever is detected by a photodetector called a position sensitive detector (PSD). Note that the PSD usually uses a semiconductor photodetector having a light receiving surface divided into four parts.
[0005]
In measuring the displacement amount of the cantilever using the optical lever type displacement detection mechanism, the semiconductor laser is first moved to position the semiconductor laser so that the laser spot hits the back surface of the cantilever. Next, the PSD is moved and positioned so that the reflectance on the back surface of the cantilever hits the center of the PSD.
Next, when the sample is measured by scanning the cantilever, if the cantilever bends, the spot moves on the PSD. That is, the spot moves on the detector divided into four. Thereby, it is possible to detect the amount of bending of the cantilever from the output of the difference between the areas of the detector corresponding to the moving direction of the spot. Further, the torsion amount of the cantilever can also be measured from the output of the difference of each region of the detector, and the frictional force when the sample is moved in the torsion direction of the cantilever can also be measured.
[0006]
An objective lens is disposed above the displacement detection mechanism. This objective lens is used for spot observation when observing a sample surface or aligning a laser spot of a displacement detection mechanism with the back surface of a cantilever. That is, in the optical lever type displacement detection mechanism, it is essential to observe with an objective lens from above the sample. That is, it is necessary to arrange a displacement detection mechanism so as to ensure the optical path of the objective lens. For this purpose, a method of securing the optical path of the objective lens by irradiating the semiconductor laser with respect to the cantilever from an oblique direction and providing a space above the objective lens is conceivable. Because it changes, it is difficult to align the optical axis.
[0007]
Therefore, normally, as this scanning probe microscope adopts, there is a method in which light from the laser is once blown horizontally, and light is irradiated from directly above by bending by 90 ° with a mirror disposed directly above the cantilever. Used. At this time, the spot can be positioned by moving the laser vertically and horizontally with respect to the mirror. In addition, a beam splitter whose normal transmittance and reflectance are about 50% each is used for the mirror. As a result, the mirror reflects about 50% of the laser light and irradiates the cantilever, and of the incident light from above, about 50% of the illumination light that passes through the beam splitter allows observation of the sample surface and the cantilever and laser. Spot positioning is performed.
[0008]
[Non-Patent Document 1]
Masatake Yasutake, “BASIC RESEARCH OF THE ATOMIC FORCE MICROSCOPE FOR INDUSTRIAL USE”, Tokyo Institute of Technology Doctoral Dissertation, October 1996, P18-74
[0009]
[Problems to be solved by the invention]
By the way, in the scanning probe microscope described in Non-Patent Document 1, since it is a beam splitter having a mirror transmittance and reflectance of 50%, as described above, a beam splitter is disposed between the objective lens and the sample. In this case, only 50% of the illumination light for observing the sample surface is transmitted. That is, there is a disadvantage that the observation light necessary for observing the sample cannot be efficiently collected and the S / N ratio is lowered.
[0010]
The present invention has been made in consideration of such circumstances, and its object is to improve the S / N ratio and to measure the surface shape and physical properties of the object to be measured more accurately. To provide a microscope.
[0011]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, the present invention provides the following means.
In the scanning probe microscope of the present invention, a cantilever having a probe at the tip thereof is brought close to or in contact with the surface of the object to be measured, and the cantilever and the object to be measured are moved relative to each other to form the surface shape of the object to be measured. Or a scanning probe microscope that measures physical properties, an observation light receiving mechanism that collects and receives observation light emitted from a measurement region of the measurement object facing the tip of the cantilever, and the observation on the cantilever A displacement detection mechanism that detects detection light reflected from the cantilever by irradiating detection light having a wavelength different from that of the light, and detects the displacement of the cantilever, and the optical path of the detection light and the optical path of the observation light are at least And an optical filter having an optical characteristic in which the transmittance of the observation light is higher than that of the detection light is disposed on the common optical path. And features.
[0012]
In the scanning probe microscope according to the present invention, an optical filter having an optical characteristic that the observation light transmittance is higher than that of the detection light is arranged on the common optical path. More observation light is transmitted than light and the transmission efficiency of the observation light is improved. Therefore, in the observation light receiving mechanism, the S / N ratio can be improved by receiving the observation light with high efficiency, and the surface shape and physical properties of the object to be measured can be measured more accurately.
[0013]
The scanning probe microscope of the present invention is the above-described scanning probe microscope of the present invention, wherein the observation light receiving mechanism includes an objective lens that condenses the observation light, and the displacement detection mechanism converts the detection light into the objective light. The optical filter is set to perform the irradiation through a lens, and the optical filter is disposed on the common optical path behind the objective lens with respect to the object to be measured.
In the scanning probe microscope according to the present invention, the optical filter is disposed behind the objective lens, and the displacement detection mechanism can irradiate the detection light through the objective lens. The distance becomes shorter. That is, the working distance (WD) of the objective lens is shortened. Therefore, an objective lens having a large numerical aperture (NA) can be used, and the S / N ratio can be improved.
[0014]
The scanning probe microscope according to the present invention is the above-described scanning probe microscope according to the present invention, wherein the optical filter is a beam splitter, and the optical path of the detection light and the optical path of the observation light are branched by the beam splitter. It is characterized by being.
In the scanning probe microscope according to the present invention, since the optical path of the detection light and the optical path of the observation light are branched by a beam splitter such as a dielectric beam splitter, the displacement detection mechanism and the observation light receiving mechanism are separately provided. It is possible to dispose them at the positions, and the degree of freedom of arrangement is improved. Therefore, the apparatus can be configured compactly.
[0015]
The scanning probe microscope according to the present invention is the above-described scanning probe microscope according to the present invention, wherein the beam splitter is arranged directly above the cantilever, and the detection light is irradiated from directly above the cantilever. And
In the scanning probe microscope according to the present invention, since the detection light can be irradiated from directly above the cantilever, the optical axis is aligned without changing the size of the spot of the detection light when positioning the displacement detection mechanism. Becomes easy.
[0016]
The scanning probe microscope according to the present invention is the scanning probe microscope according to any one of the present invention described above, wherein the displacement detection mechanism is arranged on an optical path of the detection light reflected from the cantilever, and the detection light is A wavelength filter that transmits and cuts the observation light is provided.
In the scanning probe microscope according to the present invention, since the displacement detection mechanism includes the wavelength filter, the observation light included in the light from the cantilever is cut by the wavelength filter, and the light receiving accuracy of the detection light is increased, and the cantilever The displacement can be detected with higher accuracy.
[0017]
A scanning probe microscope according to the present invention is the scanning probe microscope according to any one of the present inventions described above, further comprising evanescent light generating means for generating evanescent light on the object to be measured.
In the scanning probe microscope according to the present invention, since the object to be measured includes the evanescent light generating means for generating the evanescent light, the observation light generated by the interaction between the evanescent light and the object to be measured is received. Light can be collected and received by the mechanism. Therefore, the measurement object can be measured while improving the S / N ratio with high resolution exceeding the diffraction limit.
[0018]
The scanning probe microscope of the present invention is the above-described scanning probe microscope of the present invention, wherein the evanescent light generating means includes an opening having a diameter of 100 nm or less formed at the tip of the probe, and irradiation light in the opening. And an evanescent light irradiating mechanism for irradiating the measurement area with evanescent light, and condensing the observation light generated in the measurement area through the opening It is made to enter into a filter.
In the scanning probe microscope according to the present invention, the observation light generated by the interaction between the evanescent light and the object to be measured can be condensed from the probe opening close to or in contact with the surface of the object to be measured. The evanescent light can be efficiently irradiated to the object to be measured. Therefore, the collection rate of the observation light is increased and the S / N ratio can be further improved.
[0019]
The scanning probe microscope of the present invention is the above-described scanning probe microscope of the present invention, wherein at least the tip of the cantilever is formed of a material that can transmit the observation light, and the observation light receiving mechanism is the tip of the cantilever. The observation light transmitted through the part is received.
In the scanning probe microscope according to the present invention, since at least the tip of the cantilever is made of a material that can transmit observation light, it is not necessary to perform opening processing or the like on the tip of the cantilever. Further, the observation light can be efficiently collected by setting the tip shape.
[0020]
The scanning probe microscope of the present invention is the above-described scanning probe microscope of the present invention, wherein the evanescent light generated on the surface of the object to be measured is scattered at the tip of the cantilever, and the observation light receiving mechanism is at the tip of the cantilever. It is characterized by receiving scattered light.
In the scanning probe microscope according to the present invention, it is possible to collect stronger observation light by depositing a metal thin film having an electric field enhancing effect on the tip of the cantilever.
[0021]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
A first embodiment according to the present invention will be described below with reference to FIGS.
As shown in FIG. 1, the scanning probe microscope of this embodiment is a scanning near field optical microscope (SNOM) combining a near field microscope capable of measuring the surface of the sample S with high resolution exceeding the diffraction limit. The cantilever 10 and the sample S are placed in a state where the cantilever 10 having the probe 11 at the tip is brought close to the surface of the sample (measurement object) S such as a biological cell stained with fluorescence. The surface shape or physical properties of the sample S are measured by relatively moving.
[0022]
The scanning near-field microscope 1 includes, for example, a displacement detection mechanism 20 that detects the displacement of the cantilever 10 by irradiating the cantilever 10 with the detection light L1 having a wavelength of 785 nm and measuring the detection light L1 reflected by the cantilever 10. For example, the measurement region of the sample S facing the tip of 10 has, for example, an objective lens 31 that irradiates excitation light L2 with a wavelength of 488 nm and collects and receives observation light L3 including fluorescence with a peak wavelength of 530 nm. Provided with an observation light receiving mechanism 30 and evanescent light generating means 40 for generating evanescent light on the sample S.
[0023]
The observation light receiving mechanism 30 includes a dielectric beam splitter (optical filter) 32 having optical characteristics in which the transmittance of the observation light L3 is higher than that of the detection light L1. The dielectric beam splitter 32 is disposed at a position where the optical path of the detection light L1 and the optical path of the observation light L3 are at least partially transmitted through the common optical path. That is, the dielectric beam splitter 32 is disposed on the common optical path between the sample S and the objective lens 31 and is located directly above the cantilever 10. As shown in FIG. 2, the dielectric beam splitter 32 is formed by depositing and adhering a dielectric multilayer film 32a on the slope of a 45 ° right angle prism and depositing an antireflection film around it. The dielectric multilayer film 32a has a filter function that allows a specific wavelength to be transmitted with high efficiency. The dielectric multilayer film 32a of the present embodiment has a transmittance of 90% or more for wavelengths in the range of 450 nm to 650 nm, and a reflectance and transmittance ratio of 50% for wavelengths of 785 nm. . Thereby, the dielectric beam splitter 32 can transmit the observation light L3 with higher efficiency than the detection light L1, and branches the optical path of the detection light L1 and the optical path of the observation light L3.
[0024]
As shown in FIG. 1, a dichroic mirror 36, an absorption filter 33, an imaging lens 34, and a photodetector 35 are provided as an observation light receiving mechanism 30 behind the objective lens 31 with respect to the dielectric beam splitter 32. Is arranged. The dichroic mirror 36 and the absorption filter 33 have a function of cutting the excitation light L2 out of the observation light L3 transmitted through the dielectric beam splitter 32 and condensed by the objective lens 31, and causing fluorescence to enter the imaging lens 34. Have. A total reflection mirror 37 is detachably disposed on the rear side of the imaging lens 34. When the total reflection mirror 37 is inserted on the optical path, the light on the optical path is bent and incident on the CCD camera 38, and an optical image can be observed. At this time, since the dielectric beam splitter 32 has a transmittance of 50% with respect to the wavelength of the detection light L1, a part of the detection light L1 reflected by the sample S passes through the dielectric beam splitter 32, and the objective beam The light is condensed by the lens 31 and can be observed by the CCD camera 38. As a result, the alignment between the detection light L1 and the cantilever 10 and the alignment between the sample S and the probe 11 are possible.
[0025]
On the other hand, the observation light L3 containing fluorescence is imaged by the imaging lens 34, then passes through a short pass filter 39 that is a filter for cutting the detection light L1, and is introduced into the photodetector 35. It has become. In this embodiment, the short pass filter 39 having a characteristic of cutting a wavelength of 650 nm or more and transmitting a wavelength of 650 nm or less is used as the filter. When detecting fluorescence, the total reflection mirror 37 is retracted from the optical path. The photodetector 35 uses an avalanche photodiode having a light receiving surface as small as several hundred μm. In addition, a photomultiplier, a spectroscope, etc. are used as this kind of photodetector.
[0026]
The displacement detection mechanism 20 includes a detection light emitting unit LD such as a semiconductor laser that irradiates the detection light L1 of the laser light, and a detection light receiving unit PSD that receives and measures the detection light L1 reflected by the cantilever 10. The displacement of the cantilever 10 is detected by an optical lever method. The detection light emitting part LD is horizontally arranged so as to irradiate the detection light L1 horizontally toward the dielectric beam splitter 32. As a result, the detection light L1 emitted from the detection light emitting unit LD is reflected by the dielectric beam splitter 32, changes its direction downward, and can be irradiated onto the cantilever 10 from directly above. The detection light receiving part PSD is a semiconductor photodetector having a light receiving surface divided into four parts, and detects the intensity of the detection light L1 reflected by the cantilever 10. Accordingly, for example, when the cantilever 10 is bent and the beam spot of the detection light L1 moves, each detector among the four-divided detectors measures a difference such as an intensity difference to detect the difference in intensity. It is possible to detect 10 displacement amounts, twist amounts, and the like.
[0027]
Further, the displacement detection mechanism 20 transmits, for example, a 700 nm wavelength long-pass filter (wavelength filter) 21 that transmits the detection light L1 and cuts the observation light L3 on the optical path of the detection light L1 reflected from the cantilever 10. It is in front of the light receiving part PSD. Accordingly, the detection light receiving unit PSD is prevented from mixing the observation light L3, and the detection light L1 reflected from the cantilever 10 can be received with high efficiency.
[0028]
The sample S is placed and fixed on a sample holder 51, and the sample holder 51 is disposed on a fine movement mechanism 52 that is a cylindrical piezoelectric element (piezo element). This fine movement mechanism 52 is provided with electrodes uniformly along the circumference, and provided with a Z fine movement mechanism 52a for controlling the distance between the sample S and the cantilever 10, and an electrode divided into four on the circumference. And an XY fine movement mechanism 52b for scanning the sample S in the XY direction within a two-dimensional plane. Further, the fine movement mechanism 52 is disposed on the coarse movement mechanism 53 via the XY stage 13 for positioning the sample S and the probe 11. The coarse movement mechanism 53 has a function of bringing the sample S closer to the probe 11 of the cantilever 10 by a feed screw method using a drive source such as a stepping motor. Each drive source that drives the above-described Z fine movement mechanism 52a, XY fine movement mechanism 52b, and coarse movement mechanism 53 is comprehensively controlled by the control unit 55.
[0029]
The cantilever 10 is fixed to a cantilever holder 15, and the cantilever holder 15 is provided with a vibrator 15 a that applies minute vibrations to the cantilever 10. The cantilever holder 15 is fixed to the base 17 via an XY stage 16 for aligning the optical axis centers of the cantilever 10 and the objective lens 31 together with the displacement detection mechanism 20. As shown in FIG. 3, the cantilever 10 is made of a material such as silicon oxide that can transmit the observation light L <b> 3, and is coated with aluminum except for the tip of the probe 11. Further, on the back surface of the cantilever, an aluminum reflecting surface 10a that reflects the detection light L1 emitted from the detection light emitting unit LD is provided except for a portion through which the observation light L3 is transmitted. An opening 10b having a diameter of 50 nm is formed. The cantilever 10 configured in this manner functions as a waveguide for the excitation light L2 and the observation light L3.
[0030]
Further, as shown in FIG. 1, for example, an excitation light source (evanescent light irradiation mechanism) 41 that irradiates excitation light (irradiation light) L <b> 2 having a wavelength of 488 nm is disposed in the observation light receiving mechanism 30. The excitation light source 41 has its optical path bent by the dichroic mirror 36 and optically coupled to the opening 10b of the cantilever by the objective lens 31, so that the excitation light L2 can be irradiated to the opening 10b. Has been. That is, the excitation light source 41 has a function of irradiating the opening 10b with the excitation light L2, generating evanescent light in the vicinity of the opening 10b, and irradiating the measurement region of the sample S with the evanescent light. In addition, the observation light L3 generated by the irradiation with the evanescent light is condensed at the opening 10b and is incident on the dielectric beam splitter 32. That is, the cantilever 10 having the opening 10b and the excitation light source 41 constitute the evanescent light generating means 40.
[0031]
A case where the sample S is measured using the scanning near-field microscope 1 configured as described above will be described.
First, the objective lens 31 is focused on the surface of the sample S by the focusing stage 12 provided on the objective lens 31. Next, the probe 11 of the cantilever 10 is positioned at the optical axis center of the objective lens 31 by the XY stage 16. Then, the displacement detector mechanism 20 is positioned while observing with the objective lens 31. That is, positioning is performed by moving the detection light emitting unit LD so that the laser spot of the detection light L <b> 1 hits the reflection surface 10 a of the cantilever 10. After the detection light emitting unit LD is positioned, the PSD is positioned so that the detection light L1 reflected by the reflecting surface 10a hits the center of the detection light receiving unit PSD. Further, the probe 11 and the sample S are positioned by the XY stage 13.
[0032]
Next, distance control between the probe 11 and the sample S is performed. That is, while the cantilever 10 is vibrated in the vicinity of the resonance frequency by the vibrator 15a, the coarse movement mechanism 53 is operated while monitoring the attenuation amount of the amplitude when it is brought close to the sample S.
Then, after the sample S is brought close to the probe 11 to a region where the atomic force acts or contacts between the sample S and the probe 11, the Z fine movement mechanism 52a and the sample S are adjusted so that the amplitude becomes constant. Distance control with the probe 11 is performed. That is, the detection light L1 irradiated by the detection light emitting unit LD is reflected by the dielectric beam splitter 32 and hits the reflection surface 10a of the cantilever 10. Then, unnecessary light (for example, observation light described later) is cut by the wavelength filter 21 and the detection light L1 reflected by the reflection surface 10a enters the detection light receiving unit PSD. At this time, the laser spot of the detection light L1 moves on the four detectors of the detection light receiver PSD according to the displacement of the cantilever 10. The distance can be controlled by measuring the difference between the detectors and performing feedback control of the Z slight increase mechanism 52a.
[0033]
In the state where the distance control is performed, the sample S is measured in the illumination collection mode. That is, the excitation light source 41 emits excitation light L2, and the sample S is irradiated with evanescent light from the opening 10b of the cantilever 10. The observation light L3 of the sample S generated by the evanescent light is condensed again at the opening 10b. At this time, the observation light L3 includes excitation light L2 and fluorescence. Further, the condensed observation light L3 passes through the cantilever 10 and enters the dielectric beam splitter 32. At this time, the dielectric beam splitter 32 is set to have a different transmittance depending on the wavelength and has a characteristic of transmitting the observation light L3 more than the detection light L1, so that the observation light L3 is transmitted with high efficiency. .
[0034]
Further, the observation light L3 transmitted through the dielectric beam splitter 32 is transmitted through the dichroic mirror 36 having such characteristics that most of the excitation light L2 component is reflected and most of the fluorescence is transmitted. The fluorescent component is selectively transmitted, the excitation light L2 is cut, and only the fluorescence is incident on the imaging lens. This fluorescence is imaged by the imaging lens 34 and detected by the photodetector 35. Thereby, the optical physical properties of the sample S are measured. As described above, a part of the detection light L1 also enters the observation light receiving mechanism 30, but this detection light L1 is cut by the short-pass filter 39 disposed in front of the photodetector 35.
Further, during the above measurement, the surface observation of the concavo-convex image of the sample S can be simultaneously measured by scanning the XY fine movement mechanism 52b.
[0035]
The scanning near-field microscope 1 according to the present embodiment includes the dielectric beam splitter 32 having optical characteristics in which the transmittance of the observation light L3 is higher than that of the detection light L1. The light can be transmitted with high efficiency compared to the light of. As a result, the transmission efficiency of the observation light L3 is increased, and the S / N ratio can be improved. Therefore, the more accurate surface shape and physical properties of the sample S can be measured.
Further, since the dielectric beam splitter 32 branches the optical path of the detection light L1 and the optical path of the observation light L3, the displacement detection mechanism 20 and the observation light receiving mechanism 40 can be arranged at different positions and can be arranged freely. Since the degree is improved, a compact configuration can be achieved.
[0036]
In addition, since the dielectric beam splitter 32 is disposed directly above the cantilever 10, when positioning the displacement detection mechanism 20, the optical axis is aligned without changing the spot size of the detection light L1. Is easy.
Further, since the wavelength filter 21 is disposed in front of the detection light receiving unit PSD, the observation light L3 included in the light from the cantilever 10 is cut. Accordingly, the detection light receiving unit PSD can detect the displacement of the cantilever 10 with higher accuracy because the light reception accuracy with respect to the detection light L1 is increased.
[0037]
Next, a second embodiment according to the present invention will be described with reference to FIGS. In this embodiment, the same components as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals and description thereof is omitted.
The difference between the second embodiment and the first embodiment is that the sample S is measured in the illumination collection mode in the first embodiment, whereas the scanning near-field microscope 100 in the second embodiment is in the collection mode. This is the point at which the sample S is measured.
[0038]
That is, as shown in FIG. 4, the evanescent light generating means 140 includes, for example, an excitation light source 141 that irradiates excitation light L2 having a wavelength of 1300 nm, and the excitation light source 141 is connected via an optical fiber 142. It is disposed at a position where the excitation light L2 can be introduced into the sample S.
[0039]
The sample S of this embodiment is an optical device in which an optical waveguide that passes 1300 nm is formed, and an optical fiber 142 is optically coupled to the sample S in order to introduce the excitation light L2. The dielectric multilayer film 120a of the dielectric beam splitter 120 has, for example, a transmittance of 90% or more for a wavelength of 1300 nm and a ratio of reflectance and transmittance of 50% for a wavelength of 670 nm. Has been. Further, a short-pass filter (wavelength filter) 121 having a wavelength of 750 nm is disposed in front of the detection light receiving unit PSD. Furthermore, the detection light emitting unit LD is set to emit the detection light L1 having a wavelength of 670 nm.
The observation light receiving mechanism 130 includes an objective lens 131 that can collect light of 1300 nm, an imaging lens 134, a total reflection mirror 137 that is detachably arranged to branch light to the vidicon camera 138 side, and detection light. Light such as a vidicon camera 138 used for observation, a long-pass filter 139 having a threshold value at a wavelength of 800 nm and a photomultiplier tube for measuring light intensity, which is used to remove a component of the detection light L1 mixed in the observation light receiving mechanism 130. It comprises a detector 135.
[0040]
When measuring the sample S using the scanning near-field microscope 100 of the present embodiment, excitation light L2 is introduced into the sample S by the excitation light source 141. The introduced excitation light L2 propagates inside the optical waveguide of the sample S. At this time, evanescent light is generated on the surface of the sample S having the optical waveguide S1 as shown in FIG. By observing this evanescent light component, the optical waveguide can be evaluated.
The evanescent light is scattered as observation light L <b> 3 around by the interaction between the sample S and the probe 11. A part of the observation light L3 is condensed at the opening 10b of the probe 11, and then detected by the photodetector 135 through the dielectric beam splitter 120, the imaging lens 134, and the long pass filter 139. At this time, in the dielectric beam splitter 120, the observation light L 3 is transmitted with a transmittance of 90% or more and transmitted to the photodetector 35.
As described above, according to the scanning near-field microscope 100 of the present embodiment, the observation light L3 can be incident on the photodetector 35 with high efficiency by the dielectric beam splitter 120. The ratio of the sample S can be improved.
[0041]
Next, a third embodiment according to the present invention will be described with reference to FIGS. In this embodiment, the same components as those in the first embodiment and the second embodiment are denoted by the same reference numerals, and the description thereof is omitted.
The difference between the third embodiment and the first embodiment is that the sample S is measured in the illumination collection mode in the first embodiment, whereas the scanning near-field microscope 200 in the third embodiment is different in the scattering mode. This is a point where the near field spectroscopic analysis of the sample S is performed. That is, the sample S of the present embodiment is a polymer sample, and the Raman scattered light when irradiated with the excitation light L2 is collected by the observation light receiving mechanism 230 to perform spectroscopic analysis, and the structural analysis of the polymer sample is performed Is what you do.
[0042]
In the present embodiment, as shown in FIG. 6, the evanescent light generation means 240 includes, for example, an excitation light source 241 that irradiates excitation light L2 having a wavelength of 488 nm, and the excitation light source 241 is applied to the sample S. On the other hand, it is arranged at a position where the excitation light L2 can be irradiated obliquely from above.
[0043]
The dielectric multilayer film 220a of the dielectric beam splitter 220 has, for example, a transmittance of 90% or more for the target Raman scattered light, and a reflectance and transmittance ratio of 50% for the wavelength of 785 nm. Is set to In the present embodiment, 90% or more of the transmittance can be secured in the range of 450 nm to 650 nm. Further, a long-pass filter (wavelength filter) 221 having a wavelength of 700 nm is disposed in front of the detection light receiving unit PSD. Further, the detection light emitting unit LD is set to emit the detection light L1 having a wavelength of 785 nm.
[0044]
When measuring the sample S using the scanning near-field microscope 200 of the present embodiment, the excitation light source 241 irradiates the excitation light L <b> 2 obliquely upward toward the surface of the sample S. By the irradiated excitation light L2, evanescent light is generated on the surface of the sample S as shown in FIG.
Further, the cantilever 210 has a shape in which the probe 211 protrudes to the tip from the cantilever part 210a, and the tip part 211a of the probe can be observed with the objective lens 31 without being blocked by the cantilever part 210a. .
The evanescent light is scattered around as the observation light L3 due to the interaction between the sample S and the probe tip 211a. At this time, for the purpose of improving the scattering efficiency, a silver thin film is deposited on the probe tip 211a. The observation light L3 passes through the dielectric beam splitter 220, is condensed by the objective lens 31, and is guided to the spectroscope 235 through the imaging lens. At this time, in the dielectric beam splitter 220, the observation light L3 is transmitted with a transmittance of 90% or more and transmitted to the spectroscope 235. A notch filter 239 for cutting the detection light L1 and a notch filter 236 for cutting the excitation light L2 are inserted in front of the spectroscope 235.
As described above, according to the scanning near-field microscope 200 of the present embodiment, the observation light L3 can be incident on the spectroscope 235 with high efficiency by the dielectric beam splitter 220. Thus, the sample S can be measured.
[0045]
The technical scope of the present invention is not limited to the above embodiment, and various modifications can be made without departing from the spirit of the present invention.
[0046]
For example, in each of the above-described embodiments, the dielectric beam splitters 32, 120, and 220 are used as the optical filter. However, the optical filter is not limited to this, and the optical characteristic that the transmittance of the wavelength of the observation light L3 is higher than the detection light L1. Any filter can be used. For example, a beam splitter deposited with a metal film, a gelatin filter deposited, or a colored glass may be used. Further, the substrate need not be a beam splitter, and for example, a parallel plane substrate may be disposed obliquely.
[0047]
The dielectric beam splitters 32, 120, and 220 are configured to be disposed between the objective lenses 31 and 131 and the sample S, but at least a part of the optical path of the observation light L3 and the optical path of the detection light L1 are common. As long as they are arranged on the common optical path.
For example, as another example of the first embodiment, in the scanning near-field microscope 300 illustrated in FIG. 8, the dielectric beam splitter 32 is disposed on the common optical path behind the objective lens 31 with respect to the sample S. Yes. Further, behind the dielectric beam splitter 32, the detection light emitting section LD is arranged vertically downward so that the detection light L1 can be irradiated vertically toward the sample S.
In the scanning near-field microscope 300, the detection light emitting unit LD can irradiate the detection light L1 through the objective lens 31, so the distance between the objective lens 31 and the sample S is shortened. That is, the working distance (WD) of the objective lens 31 is shortened. Therefore, the objective lens 31 having a large numerical aperture (NA) can be used, and the S / N ratio can be further improved.
[0048]
In the cantilever 10 of each of the embodiments described above, the observation light L3 is formed of a material that can transmit the observation light, and the observation light is transmitted. However, the invention is not limited to this. For example, the FIB is formed from the back surface of the cantilever toward the probe tip. A method of securing a waveguide by providing a fine through hole may be used.
Further, although the cantilever 10 is formed of silicon oxide, it may be formed of a permeable material such as silicon nitride.
Furthermore, although the method of detecting the amplitude of the cantilever is used as the control method, the control method is not limited to this, and for example, a method of detecting displacement without vibrating the cantilever may be used.
Furthermore, although the scanning probe microscope is applied to the scanning near-field microscope that observes the sample S using the evanescent light as described above, a scanning probe microscope that observes with other observation light may be used. For example, you may apply to a microspectrometer etc.
[0049]
【The invention's effect】
In the scanning probe microscope of the present invention, the following effects can be obtained. That is, since the optical filter having the optical characteristic that the transmittance of the observation light is higher than that of the detection light is disposed on the common optical path, the transmission efficiency of the observation light is improved. Therefore, the S / N ratio can be improved by receiving the observation light with high efficiency, and the surface shape and physical properties of the object to be measured can be measured more accurately.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a configuration diagram showing a scanning probe microscope according to a first embodiment of the present invention.
2 is a perspective view showing a dielectric beam splitter of the scanning probe microscope shown in FIG. 1. FIG.
3 is a cross-sectional view of a sample and a cantilever showing a state where observation light is collected from the sample in the scanning probe microscope shown in FIG. 1. FIG.
FIG. 4 is a configuration diagram showing a scanning probe microscope according to a second embodiment of the present invention.
5 is a cross-sectional view of a sample and a cantilever showing a state where observation light is collected from the sample in the scanning probe microscope shown in FIG.
FIG. 6 is a configuration diagram showing a scanning probe microscope according to a third embodiment of the present invention.
7 is a cross-sectional view of a sample and a cantilever showing a state where observation light is collected from the sample in the scanning probe microscope shown in FIG.
FIG. 8 is a configuration diagram showing another example of the scanning probe microscope according to the first embodiment of the present invention.
[Explanation of symbols]
L1 detection light L2 excitation light (irradiation light)
L3 Observation light S Sample (object to be measured)
1, 100, 200, 300 Scanning near-field microscope (scanning probe microscope)
10, 210 Cantilever 10b Cantilever opening 11, 211 Probe 20 Displacement detection mechanism 21, 221 Long pass filter (wavelength filter)
30, 130, 230, 330 Observation light receiving mechanism 31, 131 Objective lens 32, 120, 220 Dielectric beam splitter (optical filter)
40, 140, 240 Evanescent light generating means 41, 141, 241 Excitation light source (evanescent light irradiation mechanism)
121 Short pass filter (wavelength filter)

Claims (15)

先端に探針を有するカンチレバーを被測定物の表面に近接又は接触させた状態で、カンチレバーと被測定物とを相対的に移動させて被測定物の表面形状又は物性を測定する走査型プローブ顕微鏡であって、 前記カンチレバーの先端を含む領域に励起光を照射してエバネッセント光を発生させるエバネッセント光発生手段と、
前記カンチレバーの先端に対向する前記被測定物の測定領域から放射される観察光を集光し受光する観察光受光機構と、
前記カンチレバーに前記観察光と異なる波長の検出光を照射してカンチレバーで反射した検出光を測定し、前記カンチレバーの変位を検出する変位検出機構とを備え、
前記励起光、前記検出光、および前記観察光の光路とが、少なくとも一部で共通光路を通過するように設定され、前記共通光路上に前記励起光および前記観察光の透過率が前記検出光よりも高い光学特性を有した光学フィルタが配設され
さらに、前記光学フィルタ透過後の励起光と観察光を分離するための前記光学フィルタとは別の光学フィルタが配設されていることを特徴とする走査型プローブ顕微鏡。
A scanning probe microscope that measures the surface shape or physical properties of the object to be measured by relatively moving the cantilever and the object to be measured in a state where a cantilever having a probe at the tip is close to or in contact with the surface of the object to be measured. And evanescent light generating means for generating evanescent light by irradiating excitation light onto a region including the tip of the cantilever,
An observation light receiving mechanism that collects and receives observation light emitted from the measurement region of the object to be measured facing the tip of the cantilever;
A displacement detection mechanism for irradiating the cantilever with detection light having a wavelength different from that of the observation light and measuring the detection light reflected by the cantilever, and detecting the displacement of the cantilever;
The excitation light, the detection light, and the optical path of the observation light are set so as to pass at least partially through a common optical path, and the transmittance of the excitation light and the observation light on the common optical path is the detection light. An optical filter having higher optical characteristics is disposed ,
Furthermore, an optical filter different from the optical filter for separating excitation light and observation light after passing through the optical filter is provided .
請求項1に記載の走査型プローブ顕微鏡において、
前記観察光受光機構が、前記観察光を集光する対物レンズを備え、
前記エバネッセント光発生手段と前記変位検出機構が、前記励起光および前記検出光を前記対物レンズを通して前記照射を行うように設定され、前記光学フィルタが、前記被測定物に対して前記対物レンズの後方の前記共通光路上に配されていることを特徴とする走査型プローブ顕微鏡。
The scanning probe microscope according to claim 1,
The observation light receiving mechanism includes an objective lens that collects the observation light;
The evanescent light generation means and the displacement detection mechanism are set to irradiate the excitation light and the detection light through the objective lens, and the optical filter is behind the objective lens with respect to the object to be measured. The scanning probe microscope is arranged on the common optical path.
請求項1又は2に記載の走査型プローブ顕微鏡において、
前記光学フィルタが、ビームスプリッタであり、
前記励起光、前記検出光、および前記観察光の光路とが、前記ビームスプリッタで分岐されていることを特徴とする走査型プローブ顕微鏡。
The scanning probe microscope according to claim 1 or 2,
The optical filter is a beam splitter;
The scanning probe microscope , wherein the excitation light, the detection light, and the optical path of the observation light are branched by the beam splitter.
請求項3に記載の走査型プローブ顕微鏡において、
前記ビームスプリッタが、前記カンチレバーの真上に配され、前記検出光が、前記カンチレバーの真上から照射されることを特徴とする走査型プローブ顕微鏡。
The scanning probe microscope according to claim 3,
The scanning probe microscope, wherein the beam splitter is arranged right above the cantilever, and the detection light is irradiated from right above the cantilever.
請求項3に記載の走査型プローブ顕微鏡において、The scanning probe microscope according to claim 3,
前記ビームスプリッタが、前記検出光の反射率が前記励起光および前記観察光の反射率よりも高い光学特性を有することを特徴とする走査型プローブ顕微鏡。The scanning probe microscope, wherein the beam splitter has an optical characteristic in which the reflectance of the detection light is higher than the reflectances of the excitation light and the observation light.
請求項1からのいずれかに記載の走査型プローブ顕微鏡において、
前記変位検出機構が、前記カンチレバーから反射された前記検出光の光路上に配され、前記検出光を透過させると共に前記励起光または / および前記観察光をカットする波長フィルタを備えていることを特徴とする走査型プローブ顕微鏡。
In the scanning probe microscope in any one of Claim 1 to 5 ,
The displacement detection mechanism is provided on a light path of the detection light reflected from the cantilever, and includes a wavelength filter that transmits the detection light and cuts the excitation light and / or the observation light. Scanning probe microscope.
前記励起光および前記観察光とは異なる波長の検出光を前記カンチレバーに照射して、そこで反射した検出光を測定して該カンチレバーの変位を検出することができるように該検出光の光路上に変位検出機構を備え、
前記検出光を透過させると共に前記励起光または/および前記観察光をカットする波長フィルタを備えていることを特徴とする請求項1に記載の走査型プローブ顕微鏡。
The detection light having a wavelength different from that of the excitation light and the observation light is irradiated on the cantilever, and the detection light reflected there is measured to detect the displacement of the cantilever. Equipped with a displacement detection mechanism,
The scanning probe microscope according to claim 1, further comprising a wavelength filter that transmits the detection light and cuts the excitation light and / or the observation light.
請求項7に記載の走査型プローブ顕微鏡において、
前記観察光受光機構が、前記観察光を集光する対物レンズを備え、
前記変位検出機構が、前記検出光を前記対物レンズを通して前記照射を行うように設定され、前記光学フィルタが、前記被測定物に対して前記対物レンズの後方の前記共通光路上に配されていることを特徴とする走査型プローブ顕微鏡。
The scanning probe microscope according to claim 7 ,
The observation light receiving mechanism includes an objective lens that collects the observation light;
The displacement detection mechanism is set to irradiate the detection light through the objective lens, and the optical filter is disposed on the common optical path behind the objective lens with respect to the object to be measured. A scanning probe microscope characterized by the above.
請求項7又は8に記載の走査型プローブ顕微鏡において、
前記光学フィルタが、ビームスプリッタであり、前記検出光の光路と前記観察光の光路とが、前記ビームスプリッタで分岐されていることを特徴とする走査型プローブ顕微鏡。
The scanning probe microscope according to claim 7 or 8 ,
The scanning probe microscope, wherein the optical filter is a beam splitter, and an optical path of the detection light and an optical path of the observation light are branched by the beam splitter.
請求項9に記載の走査型プローブ顕微鏡において、
前記ビームスプリッタが、前記カンチレバーの真上に配され、前記検出光が、前記カンチレバーの真上から照射されることを特徴とする走査型プローブ顕微鏡。
The scanning probe microscope according to claim 9 ,
The scanning probe microscope, wherein the beam splitter is arranged right above the cantilever, and the detection light is irradiated from right above the cantilever.
請求項9に記載の走査型プローブ顕微鏡において、The scanning probe microscope according to claim 9, wherein
前記ビームスプリッタが、前記検出光の反射率が前記観察光の反射率よりも高い光学特性を有することを特徴とする走査型プローブ顕微鏡。The scanning probe microscope, wherein the beam splitter has an optical characteristic in which the reflectance of the detection light is higher than the reflectance of the observation light.
請求項7から11のいずれかに記載の走査型プローブ顕微鏡において、
前記被測定物にエバネッセント光を発生させるエバネッセント光発生手段を備えていることを特徴とする走査型プローブ顕微鏡。
The scanning probe microscope according to any one of claims 7 to 11 ,
A scanning probe microscope comprising evanescent light generating means for generating evanescent light on the object to be measured.
請求項1乃至6、12のいずれかに記載の走査型プローブ顕微鏡において、
前記エバネッセント光発生手段が、前記探針の先端部に形成された直径100nm以下の開口部と、
前記開口部内に励起光を照射して開口部近傍にエバネッセント光を発生させ、前記測定領域にエバネッセント光を照射するエバネッセント光照射機構とを備え、
前記測定領域で生じた観察光を前記開口部で集光して前記光学フィルタへ入射させることを特徴とする走査型プローブ顕微鏡。
The scanning probe microscope according to any one of claims 1 to 6 ,
The evanescent light generating means includes an opening having a diameter of 100 nm or less formed at the tip of the probe;
An evanescent light irradiation mechanism for irradiating excitation light in the opening to generate evanescent light near the opening and irradiating the measurement area with evanescent light; and
A scanning probe microscope characterized in that observation light generated in the measurement region is condensed at the opening and is incident on the optical filter.
請求項1乃至6、12のいずれかに記載の走査型プローブ顕微鏡において、
前記カンチレバーの少なくとも先端部が、前記観察光を透過可能な材料で形成され、前記観察光受光機構が、前記カンチレバーの先端部を透過した前記観察光を受光することを特徴とする走査型プローブ顕微鏡。
The scanning probe microscope according to any one of claims 1 to 6 ,
A scanning probe microscope characterized in that at least a tip portion of the cantilever is formed of a material capable of transmitting the observation light, and the observation light receiving mechanism receives the observation light transmitted through the tip portion of the cantilever. .
請求項1乃至6、12のいずれかに記載の走査型プローブ顕微鏡において、
前記被測定物表面に発生した前記エバネッセント光を前記カンチレバー先端で散乱させ、前記観察光受光機構が、前記カンチレバー先端での散乱光を受光することを特徴とする走査型プローブ顕微鏡。
The scanning probe microscope according to any one of claims 1 to 6 ,
A scanning probe microscope, wherein the evanescent light generated on the surface of the object to be measured is scattered at the tip of the cantilever, and the observation light receiving mechanism receives the scattered light at the tip of the cantilever.
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